THEMENSCHWERPUNKT
Wasserstoff-Untergrundspeicherung
Wasserstoff-Untergrundspeicherung, auch Underground Hydrogen Storage (UHS), bezeichnet die Speicherung von Wasserstoff in geologischen Speicherstrukturen wie Kavernen- oder Porenspeichern. Sie dient dazu, große Energiemengen saisonal oder systemdienlich zu speichern und Wasserstoffnetze, Erzeuger und Verbraucher flexibel miteinander zu verbinden.
Mit der zunehmenden Integration erneuerbarer Energien in die Energieversorgung wird insbesondere die Speicherung von Wasserstoff, der aus fluktuierendem Wind- und Solarstrom erzeugt wird, zu einer wesentlichen Systemaufgabe. Untergrundgasspeicher (UGS) können dabei eine wichtige Rolle spielen, da bestehende Speicherinfrastrukturen perspektivisch für Wasserstoff oder Wasserstoffbeimischungen nutzbar gemacht werden können.
Die DBI-Gruppe unterstützt Sie bei der Bewertung bestehender Untergrundgasspeicher und bei deren Umstellung auf Wasserstoff. Gemeinsam mit Ihnen erarbeiten wir eine auf Ihre Aufgabenstellung abgestimmte Strategie.
Services für die Umstellung von Erdgas-UGS auf Wasserstoff
- Auswertung von Wasserstoff-Speicherkapazitäten für Poren- und Kavernen-UGS
- Auswertung des IST-Zustandes und der Wasserstoff-Toleranzen der UGS für Ober- und Untertage
- Materialbewertungen und Analyse der Änderung von Prozessparametern
- Umstellungskonzept: Maßnahmen, Zeit- und Kostenplan
- Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
Reservoirmodellierung für Wasserstoff-Untergrundspeicherung
Die unterirdische Wasserstoffspeicherung (UHS) erfordert zugeschnittene Ansätze zur Modellierung, die das spezifische Strömungsverhalten von Wasserstoff und Interaktionsmechanismen berücksichtigen, die über die bei der konventionellen Erdgasspeicherung hinausgehen.
Wir unterstützen Projekte zur Wasserstoffspeicherung in Salzkavernen, erschöpften Gasfeldern und Aquiferen — von der Konzept- und Machbarkeitsphase bis zur Feldimplementierung. Die Dynamikmodellierung wird mit tNavigator durchgeführt, was schnelle Durchlaufzeiten und einen integrierten Arbeitsablauf für groß angelegte Zusammensetzungsmodelle ermöglicht.
Unsere Modellierungsleistungen für UHS-Projekte
Unsere Reservoirmodelle unterstützen die technische, wirtschaftliche und operative Bewertung von Wasserstoffspeichern. Dabei betrachten wir insbesondere:
- Arbeits- und Kissenvolumen
Bewertung der nutzbaren Speicherkapazität sowie des erforderlichen Kissenvolumens für einen sicheren und effizienten Speicherbetrieb - Gasverlustmechanismen und Rückgewinnungseffizienz
Analyse möglicher Verlustmechanismen sowie Bewertung der Rückgewinnbarkeit des eingespeicherten Wasserstoffs - Wasserstoffreinheit und Veränderungen der Zusammensetzung im Speicherzeitraum
Prognose von Veränderungen der Gaszusammensetzung während der Speicherzyklen und Bewertung der Auswirkungen auf die Wasserstoffqualität - Druckgrenzen und Reservoirmanagement
Untersuchung zulässiger Betriebsdrücke sowie Entwicklung geeigneter Strategien für Injektion, Entnahme und Druckhaltung - Langfristige Speicherleistung und technische Machbarkeit
Bewertung der Speicherperformance über mehrere Betriebszyklen hinweg sowie Einschätzung der langfristigen technischen Umsetzbarkeit
Modellierung der Wasserstoffspeicherung in Salzkavernen
Salzkavernen werden in der Regel als geschlossene Speichersysteme mit festem Volumen und einer engen Kopplung zwischen thermodynamischen, hydraulischen und geomechanischen Prozessen modelliert.
Entscheidende Aspekte der Modellierung umfassen:
- Bewertung des langfristigen zyklischen Druck- und Temperaturverhaltens unter Berücksichtigung der Stabilitäts- und Integritätsgrenzen des Reservoirs
- Evaluierung der Kavernenauswaschung und der Geometrieentwicklung
- Analyse des Salzverhaltens unter In-situ-Stress Bedingungen (z. B. Kriechen, Konvergenz und Bodensenkung)
- Bewertung der Gasvermischung zwischen Kissen- und Arbeitsgas, inklusive Auswirkungen der Gaszusammensetzung
- Bewertung thermischer Effekte bei Injektions- und Förderzyklen (Joule-Thomson-Kühlung/Erwärmung)
- Abschätzung von Gasverlusten (z. B. Diffusion, Leckagewege, Betriebsverluste)
- Betriebsoptimierung von Einpress- und Entnahmezyklen sowie Förderbarkeit
- Bewertung potenzieller mikrobieller Aktivität (in Salzkavernen in der Regel begrenzt, wird jedoch bei Bedarf berücksichtigt)
- Bewertung der Stilllegung und der langfristigen Dichtungsleistung
Modellierung der Wasserstoffspeicherung in porösen Medien
Porenspeicher werden als dynamische Druckströmungssysteme modelliert. Speicherheterogenität, Konnektivität, Fluidverteilung und Grenzbedingungen beeinflussen maßgeblich die Speicherleistung und die Rückgewinnung des Wasserstoffs.
Die wichtigsten Prozesse bei der Modellierung umfassen:
- Schwerkrafttrennung und vertikale Migration der Wasserstoff-Fahne
- Entwicklung von Vermischungszonen zwischen Wasserstoff und Kissengas
- Residual-Trapping und entsprechende Wasserstoffverluste
- Viskose Fingering und Strömungsinstabilitäten infolge von Mobilitätskontrasten
- Mögliche geochemische Reaktionen, die zu mineralogischen Veränderungen führen, welche Porenverstopfungen sowie Veränderungen der Porosität und Permeabilität verursachen können
- Biomikrobielle Reaktionen, die den Wasserstoffverbrauch und die Wasserstoffreinheit in Produktionsströmen beeinflussen, beispielsweise Sulfatreduktion ( H2S), Acetogenese und Methanogenese, was zu unerwünschten Nebenprodukten führen kann
- Bewertung des Einflusses von Trapping-Mechanismen auf die Effizienz der Wasserstoffgewinnung
- Einfluss zyklischer Injektions- und Entnahmeprozesse auf die Druckentwicklung und das Verhalten des Fluidreservoirs
Erfahrung aus Forschungs- und Industrieprojekten
Unsere Modellierungsdienstleistungen stützen sich auf umfassende Erfahrungen aus Projekten sowie aus Forschungsprojekten zur Wasserstoffspeicherung und Biomethanisierung.
- Biomethanisierung in porösen Medien
- Bio-UGS
- UMAS
- Wasserstoffspeicherung in porösen Medien
- H2-PoreConv
- HENRI
- Kirchheilingen
- Wasserstoffspeicherung in Salzkavernen
- H2-UGS
- H2-StoreFlex
Systemintegration
Einbindung von Untergrundspeichern in die Energieinfrastruktur
Mit unseren Lösungen verfolgen wir einen integrativen Ansatz, der neben den Untergrundgasspeichern auch deren Einbindung in die gesamte Energieinfrastruktur berücksichtigt. Dadurch können Fragestellungen entlang der Wertschöpfungskette der gasförmigen Energieversorgung betrachtet werden.
- Einbindung von UGS in das Gasversorgungssystem auf Transport- und Verteilnetzebene
- Analyse von Speicherbedarfen für verschiedene Medien
- Analyse der benötigten UGS-Infrastruktur und Planung ihrer Entwicklung
- Optimierung von UGS im Zusammenspiel mit Netzen, Erzeugern und Verbrauchern und des Bedarfs an Gasaufbereitung
Weiterbildungen
Wir bieten Schulungen zu verschiedenen Aspekten der Wasserstoff-UGS für unterschiedliche Zielgruppen wie Management, Ingenieure, Techniker und Einsteiger an. Schulungsprogramme und -materialien können an individuelle Wünsche und Fragestellungen angepasst werden.
- Die Rolle von Wasserstoff im künftigen Energiesystem: Potenziale und Möglichkeiten
- Stoffeigenschaften und Besonderheiten von Wasserstoff
- UGS-Infrastruktur und deren Rolle in einem Wasserstoffsystem
- Speicherkapazitäten: Änderungen in Volumina und Energiekapazität
- Speicherfahrweisen
- Auswirkungen von Wasserstoff (-Beimischungen) auf die unter- und obertägigen Anlagen
- Maßnahmen zur Erhöhung der H2-Toleranz von UGS, Materialeignung
- Health Safety Environment und Ex-Zonen
Veröffentlichungen
| Titel | Auftraggeber | Abschlussjahr |
|---|---|---|
| Wasserstoffqualität bei Untertagespeicherung | DGMK Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für nachhaltige Energieträger, Mobilität und Kohlenstoffkreisläufe e. V. | 2026 |
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